Παράγοντες που επηρεάζουν τη διάβρωση λόγω καταπόνησης ρωγμές ανθεκτικών στη φθορά πλακών για εσωτερικά εξαρτήματα του αντιδραστήρα
Τα εσωτερικά των αντιδραστήρων είναι βασικός εξοπλισμός στα πυρηνικά εργοστάσια. Έχουν το ρόλο της υποστήριξης και στερέωσης των βασικών εξαρτημάτων. Σχετίζονται άμεσα με τη λειτουργική ασφάλεια και απόδοση του αντιδραστήρα και είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση της ασφάλειας και της αξιοπιστίας του συστήματος του αντιδραστήρα. Τα εσωτερικά εξαρτήματα του αντιδραστήρα κατασκευάζονται κυρίως από ωστενιτικές πλάκες ανθεκτικές στη φθορά με καλή αντοχή στη διάβρωση. Ωστόσο, υπό τις συνθήκες λειτουργίας του πυρηνικού αντιδραστήρα, οι ανθεκτικές στη φθορά πλάκες που λειτουργούν υπό σκληρές συνθήκες όπως η ισχυρή ακτινοβολία νετρονίων και η διάβρωση του νερού σε υψηλή θερμοκρασία είναι επιρρεπείς σε καταπόνηση. Τα περιβαλλοντικά ευαίσθητα ρωγμές που αντιπροσωπεύονται από τη διάβρωση (SCC) και την επιταχυνόμενη από την ακτινοβολία διάβρωση διάβρωσης με τάση (IASCC) έχουν γίνει τα πιο κρίσιμα ζητήματα που επηρεάζουν τη μακροπρόθεσμη ασφαλή λειτουργία του εξοπλισμού πυρηνικής ενέργειας.
Έχει διεξαχθεί εκτενής έρευνα διεθνώς σχετικά με τη συμπεριφορά SCC των εσωτερικών εξαρτημάτων του αντιδραστήρα. Για παράδειγμα, το Ερευνητικό Ινστιτούτο Ηλεκτρικής Ενέργειας των ΗΠΑ (πρόγραμμα CIR) και το Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge (Halden Reactor Project) πραγματοποίησαν προσομοιώσεις ακτινοβολίας πρωτονίων για τη βλάβη από ακτινοβολία νετρονίων σε εσωτερικά στοιχεία του αντιδραστήρα και ανέλυσαν τις επιπτώσεις των μηχανισμών IASCC, των περιβαλλοντικών παραμέτρων και χημικά στοιχεία υλικού σε SCC. Ανάλυση κρούσεων, αποσύνθεση ακτινοβολίας και εκτίμηση επιπτώσεων στην ευθραυστότητα του υδρογόνου στο SCC κ.λπ. Το ερευνητικό του πεδίο καλύπτει υλικά, χημικό περιβάλλον νερού, μηχανισμό εμφάνισης κ.λπ. ανάλυση χημικής σύνθεσης των ανθεκτικών στη φθορά πλακών εντός του αντιδραστήρα, ανάλυση δομής διάβρωσης ρωγμών SCC και ανάλυση παραγόντων που επηρεάζουν. Η Ιαπωνική Αρχή Ασφάλειας Πυρηνικής Ενέργειας JNES διεξήγαγε έρευνα σχετικά με την ευαισθησία SCC, τους μηχανισμούς αστοχίας κατάγματος και τους ρυθμούς ανάπτυξης ρωγμών. Ωστόσο, η εγχώρια έρευνα για ανθεκτικές στη φθορά πλάκες για εσωτερικά εξαρτήματα του αντιδραστήρα βρίσκεται στα σπάργανα και υπάρχει μικρή έρευνα για ευαίσθητους παράγοντες SCC (ειδικά IASCC μετά από ακτινοβόληση) οικιακών πλακών ανθεκτικών στη φθορά πυρηνικής ποιότητας σε περιβάλλοντα νερού υψηλής θερμοκρασίας. Ερευνητές από το Ερευνητικό Ινστιτούτο Θερμικής Μηχανικής Suzhou διεξήγαγαν μια μελέτη σχετικά με τους παράγοντες που επηρεάζουν την τιμή του pH και τη ζημιά από την ακτινοβολία στο SCC των ανθεκτικών στη φθορά πλακών για τα εσωτερικά εξαρτήματα του οικιακού αντιδραστήρα σε ένα προσομοιωμένο περιβάλλον νερού πρωτεύοντος κυκλώματος πυρηνικού σταθμού αντιδραστήρα υπό πίεση νερού.
Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε για την έρευνα είναι μια ωστενιτική πλάκα ανθεκτική στη φθορά (γαλλική μάρκα Z6CND17.12) που χρησιμοποιείται για μπουλόνια πλακών στραγγίσματος εξαρτημάτων αντιδραστήρα πυρηνικής ενέργειας, (1060+/-10) βαθμού επεξεργασία διαλύματος υψηλής θερμοκρασίας, και υδρόψυξη. Το υλικό έχει αντοχή διαρροής 606MPa, αντοχή εφελκυσμού 658MPa και λόγο διαρροής προς αντοχή 0,92. Η έρευνα δείχνει ότι η τιμή του pH και η ζημιά από την ακτινοβολία είναι σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση των πλακών SCC ανθεκτικών στη φθορά για εσωτερικά εξαρτήματα του αντιδραστήρα πυρηνικής ενέργειας.
Σε σύγκριση με ένα περιβάλλον νερού υψηλής θερμοκρασίας με pH 7.0, οι τιμές pH 6,4 και 7,5 θα οδηγήσουν σε μείωση της επιμήκυνσης και του χρόνου θραύσης της ανθεκτικής στη φθορά πλάκας. Η ευαισθησία SCC της ανθεκτικής στη φθορά πλάκας είναι μικρότερη στο διάλυμα pH 7.{10}}, που είναι 3,9%. Υπό τις συνθήκες των υδατικών διαλυμάτων pH 6,4 και 7,5, η ευαισθησία SCC αυξάνεται σε 7,3% και 15,5% αντίστοιχα. Αυτό δείχνει ότι η τιμή pH του υδατικού διαλύματος υψηλής θερμοκρασίας έχει άμεσο αντίκτυπο στην απόδοση SCC της ανθεκτικής στη φθορά πλάκας και η τιμή pH είναι ένας σημαντικός ευαίσθητος παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση SCC. Σύμφωνα με το μοντέλο ανοδικής διάλυσης του SCC, το Η+ στο όξινο διάλυμα διαχέεται στο άκρο της ρωγμής του υλικού. Υπό την επίδραση της πίεσης στο δείγμα, το φιλμ παθητικοποίησης στην μεταλλική επιφάνεια σκίζεται και το εκτεθειμένο φρέσκο μέταλλο αντιδρά με το διαβρωτικό υγρό για να σχηματίσει ρωγμές SCC. Λόγω της διείσδυσης του διαβρωτικού υγρού, σχηματίζεται επίσης μεγάλος αριθμός κοιλωμάτων στην επιφάνεια και στις δύο πλευρές της ρωγμής. Αυτή η διάβρωση με κοιλότητες γίνεται η πηγή ρωγμών και προκαλούν μικρορωγμές στην επιφάνεια του δείγματος. Ο σχηματισμός μικρορωγμών φέρνει το όξινο διάλυμα σε επαφή με φρέσκο μέταλλο, προάγοντας έτσι τη διόγκωση της ρωγμής. . Σε ένα περιβάλλον αλκαλικού διαλύματος, υπό συνθήκες αργού ρυθμού παραμόρφωσης, το διάλυμα μπορεί να επικοινωνήσει πλήρως με το τοπικό διάλυμα στη ρωγμή και το διάλυμα του άκρου της ρωγμής έχει επίσης αρκετό χρόνο για να αλληλεπιδράσει με τα μεταλλικά άτομα του άκρου της ρωγμής, επιτρέποντας στο χημικό και ηλεκτροχημικό άκρο της ρωγμής Οι αντιδράσεις εξελίσσονται ομαλά, με αποτέλεσμα το αλκαλικό διάλυμα να συγκεντρώνεται τοπικά στο άκρο της ρωγμής, προκαλώντας την επιτάχυνση SCC της ανθεκτικής στη φθορά πλάκας.
Αφού η ανθεκτική στη φθορά πλάκα ακτινοβοληθεί με φορτισμένα σωματίδια, εμφανίζεται το φαινόμενο IASCC λόγω της επίδρασης των ελαττωμάτων ακτινοβολίας και της τοπικής παραμόρφωσης στην έναρξη της ρωγμής, γεγονός που αυξάνει σημαντικά την ευαισθησία SCC της ανθεκτικής στη φθορά πλάκας. Λόγω του περιορισμού του βάθους της βλάβης από ακτινοβολία ιόντων, δεν μπορούν να παρατηρηθούν εμφανείς αλλαγές στη μορφολογία κατάγματος SSRT.
